Maszyny wirtualne kontra kontenery: kompleksowe porównanie

Maszyny wirtualne i konteneryzacja to dwa podejścia do wdrażania wielu środowisk wykonawczych na jednej platformie.

Te dwie technologie ułatwiają tworzenie środowiska wirtualnego wzorowanego na infrastrukturze fizycznej, co dodatkowo umożliwia użytkownikowi optymalizację zasobów.

W tym artykule zbadano ich podobieństwa i różnice. Omówiono także ich zalety i wady w różnych przypadkach użycia, aby dać Ci lepszy obraz tego, jak i kiedy najlepiej wykorzystać każdy z nich.

Hypervisory i silniki kontenerowe

Wiele witryn internetowych i aplikacji internetowych rozpoczęło życie we współdzielonym środowisku hostingowym, w którym dwie lub więcej aplikacji współdzieliło wszystkie zasoby serwera fizycznego. Wiązało się to z problemami, ponieważ jedna zaatakowana aplikacja mogła mieć wpływ na resztę, zarówno pod względem bezpieczeństwa, jak i wydajności. Najprostszym rozwiązaniem było wówczas uruchomienie serwera dedykowanego, co niestety wiązało się ze zwiększonymi kosztami.

Pojawiła się wirtualizacja, która rozwiązała te problemy. Po pierwsze, hypervisory umożliwiły serwerowi fizycznemu hostowanie więcej niż jednego serwera wirtualnego – w zależności od liczby procesorów i pamięci RAM. Dzięki temu różne aplikacje, strony internetowe lub klienci mogą działać w odizolowanych środowiskach po niższych kosztach, bez konieczności posiadania dedykowanego serwera fizycznego.

Pojawiły się również kontenery, które mają jeszcze bardziej obniżyć koszty i rozwiązać wiele problemów, z którymi borykają się programiści w przypadku maszyn wirtualnych. Obie technologie istnieją dziś obok siebie, a każda ma swoje mocne i słabe strony.

Co to jest maszyna wirtualna?

Maszyny wirtualne lub maszyny wirtualne to forma zwirtualizowanego środowiska wykonawczego komputera, które naśladuje system fizyczny. Maszyna wirtualna korzysta ze specjalistycznego oprogramowania zwanego a hiperwizor aby uzyskać dostęp do określonych zasobów infrastruktury fizycznej, która umożliwia mu funkcjonowanie jako niezależny system operacyjny.

System operacyjny maszyny wirtualnej nazywany jest systemem gościa, natomiast system operacyjny na serwerze fizycznym nazywany jest systemem operacyjnym hosta. System operacyjny hosta może obsługiwać wiele instancji systemu gościa, w zależności od ilości pamięci, rdzeni procesora i pamięci masowej.

Plusy i minusy maszyn wirtualnych

ZALETY

• Izolacja: Maszyna wirtualna to wysoce odizolowane środowisko, które można wykorzystać do wielu celów. Wszystko, co się w nim wydarzy, nie będzie miało wpływu na inne maszyny wirtualne i odwrotnie. Powodem jest to, że każda maszyna wirtualna działa na jednym lub większej liczbie dedykowanych wątków procesora.
• Optymalizacja sprzętu: Maszyny wirtualne umożliwiają użytkownikom uruchamianie wielu systemów operacyjnych na jednym serwerze sprzętowym. Ta umiejętność prowadzi do oszczędności.
• Migawki i przywracanie ustawień: Możesz w dowolnym momencie przechwycić stan wykonania maszyny wirtualnej. Proces ten nazywany jest migawką, a wycofanie zmian to po prostu funkcja, która przywraca maszynę wirtualną do dokładnie tego stanu wykonania.
• Elastyczność : Możesz skalować maszyny wirtualne w górę lub w dół i łatwo je migrować, co czyni je idealną platformą do tworzenia i testowania aplikacji.

Wady

• Ograniczona skalowalność: Chociaż maszyny wirtualne można skalować, nie są one tak łatwe do skalowania jak kontenery.
• Złożoność: Zarządzanie maszynami wirtualnymi wymaga większych nakładów pracy, takich jak aktualizacje i monitorowanie, co może prowadzić do problemów w przypadku wdrożeń na dużą skalę.
• Koncesjonowanie: Uruchamianie wielu maszyn wirtualnych może wiązać się z kosztami licencji.

Co to jest kontener?

Kontener to także technologia wirtualizacji, która umożliwia użytkownikowi tworzenie i utrzymywanie izolowanych środowisk wykonawczych w systemie fizycznym, bez polegania na hiperwizorze systemu lub bezpośrednim dostępie do procesora i innych zasobów.

Kontener jest tworzony podczas wykonywania zawartości pliku danych. Plik ten nazywany jest obrazem kontenera i zawiera wszystkie biblioteki, które należy zainstalować w systemie operacyjnym hosta, aby utworzyć żądany kontener.

Kontenery są lekkie i zapewniają spójne i przenośne środowisko, które jest bardzo przydatne przy tworzeniu nowoczesnego oprogramowania. Można je także uruchamiać obok siebie na tym samym hoście fizycznym, o ile pozwala na to specyfikacja sprzętu.

Plusy i minusy kontenerów

ZALETY

• Spójne środowisko: Zawartość pojemnika jest stała i dokładna. Oznacza to, że przy każdym uruchomieniu zawsze będzie generować to samo środowisko wykonawcze.
• Wydajność z zasobami: Kontenery zużywają tylko tyle zasobów, ile potrzebują. Nie trzeba wcześniej konfigurować procesorów ani przydzielać pamięci. Pozwala to również na spakowanie większej liczby pojemników.
• Szybkie wdrożenie: Kontenery są lekkie i można je szybko wdrożyć, a rozpoczęcie pracy często zajmuje tylko kilka sekund.
• Izolacja: Kontener to izolowane środowisko wykonawcze. Choć nie jest tak odizolowany jak maszyny wirtualne, to nadal jest najlepszym rozwiązaniem do prowadzenia mikrousług, które skupiają się na wykonaniu tylko jednego zadania i robieniu tego dobrze.

Wady

• Ograniczona obsługa starszych aplikacji: Jeśli masz do czynienia z aplikacją wymagającą określonych funkcji systemu operacyjnego lub urządzeń sprzętowych, kontener może nie być najlepszym rozwiązaniem.
• Dane efemeryczne: Wszystko, co dotyczy kontenerów, ulega zniszczeniu, gdy kontener zostanie zniszczony, łącznie z danymi. Istnieją jednak sposoby na uzyskanie trwałych danych w kontenerach.
• Zależność jądra: Silniki kontenerów działają w systemie operacyjnym hosta, co ogranicza możliwości działania w środowisku.

Różnice w maszynach wirtualnych i kontenerach

	Maszyny wirtualne	Pojemniki
Architektura	Zawiera system operacyjny z bibliotekami	Zawiera tylko potrzebne biblioteki
Wielkość obrazu	10 - 150 GB	5 - 600 MB
Izolacja i bezpieczeństwo	Stosunkowo odizolowany i bezpieczny	Bardzo odizolowany i bezpieczny
Czas wdrożenia i uruchomienia	Średnio 1-3 minut	Średnio 1-3 sekundy
Utylizacja zasobów	Średni	Wysoki
Koszty:	Wyższy	Niski
orkiestracja	W porządku	Wysoce wydajny
Przypadków użycia	Izolacja, starsze systemy, GUI	Mikrousługi, DevOps, skalowanie

• Architektura: Maszyny wirtualne są zaprojektowane do jednoczesnego uruchamiania wielu systemów operacyjnych. Każdy system operacyjny jest całkowicie odizolowany i ma przydzieloną stałą ilość zasobów. Kontenery natomiast działają w tym samym systemie operacyjnym, ale w różnych środowiskach wirtualnych. Każdy kontener zawiera tylko potrzebne mu biblioteki i udostępnia innym dostępne zasoby sprzętowe.
• Wielkość obrazu: Najmniejszy obraz kontenera to plik Dockera o rozmiarze 4.8 MB, który po skompresowaniu zajmuje zaledwie 2 MB. Większość plików kontenerowych ma średnio kilkaset megabajtów, a największy około 700 MB. Z kolei maszyny wirtualne zaczynają się od około 10 GB i mogą osiągnąć rozmiar 150 GB.
• Izolacja i bezpieczeństwo: Maszyny wirtualne działają na swoich ekskluzywnych wątkach procesora i uzyskują dostęp do ograniczonego obszaru fizycznej pamięci RAM. Dzięki temu są mniej podatni na ataki, zarówno z wewnątrz, jak i z zewnątrz. Kontenery natomiast mają ten sam system operacyjny, co czyni je bardziej podatnymi na ataki, niezależnie od implementacji zabezpieczeń.
• Czas wdrożenia i uruchomienia: Przy większości megabajtów danych do załadowania i zainstalowania oraz braku konieczności uruchamiania systemu z dysków, kontenery pokonują maszyny wirtualne pod względem szybkości. Wdrożenie typowego kontenera zajmuje tylko kilka sekund, podczas gdy maszyna wirtualna potrzebuje kilku minut.
• Wykorzystanie zasobów i koszty: Maszyny wirtualne charakteryzują się mniejszą gęstością na serwer fizyczny, ponieważ każda maszyna wirtualna wymaga określonego procesora, pamięci RAM i zasobów pamięci masowej. Gęstość kontenerów w systemie zależy od ich skumulowanego wykorzystania zasobów.
• orkiestracja: Obydwa systemy można koordynować przy użyciu odpowiednich aplikacji. Docker Swarm i Kubernetes są popularne w przypadku kontenerów, podczas gdy maszyny wirtualne można również koordynować przy użyciu rozwiązań Kubernetes.

Które rozwiązanie będzie dla Ciebie odpowiednie?

Widząc różnice między kontenerami a maszynami wirtualnymi, powinieneś także zdać sobie sprawę, że każdy system ma scenariusze, w których działa najlepiej. Poniżej znajduje się lista, kiedy używać kontenerów i kiedy używać maszyn wirtualnych.

Kiedy używać kontenerów

• Mikrousługi: Jeśli używasz rozproszonej architektury aplikacji, której różne części są zaprojektowane tak, aby działały niezależnie jako mikrousługi, prawdopodobnie najlepszym rozwiązaniem będzie kontener.
• Kontrola środowiska: Kontenery są również idealne w sytuacjach, w których potrzebna jest absolutna kontrola nad środowiskiem, ponieważ każdy obraz kontenera zawiera dokładne i w 100% replikowalne środowisko wykonawcze.
• Szybkie wdrażanie: Kontenery można załadować w ciągu zaledwie kilku sekund, co czyni je idealną technologią do szybkiego wdrażania aplikacji na żądanie. Należą do nich testowanie oprogramowania, orkiestracja i skalowanie systemów produkcyjnych.
• Efektywność zasobów: Kontenery mogą lepiej maksymalizować zasoby sprzętowe maszyny ze względu na swoją konstrukcję, ponieważ każdy kontener jest elastyczny pod względem wykorzystania procesora i pamięci.
• Skalowanie poziome i pionowe: Kontenery sprawdzają się dobrze zarówno w przypadku skalowania poziomego, jak i pionowego. Skalowanie poziome to proste uruchamianie większej liczby kontenerów w celu obsługi większych przepływów pracy, natomiast skalowanie pionowe to zwiększenie alokacji procesora i pamięci dla konkretnego kontenera lub grupy kontenerów.

Kiedy używać maszyn wirtualnych

• Silna izolacja aplikacji: Maszyna wirtualna jest dobrym rozwiązaniem zawsze, gdy zachodzi potrzeba wykonania kodu w środowisku całkowicie odizolowanym od innych procesów. Przykładem może być uruchomienie oprogramowania, które prawdopodobnie jest zainfekowane złośliwym oprogramowaniem.
• GUI: Maszyna wirtualna może być właściwym rozwiązaniem, gdy trzeba uruchomić aplikację współpracującą za pośrednictwem graficznego interfejsu użytkownika.
• Skalowanie pionowe: Możesz łatwo skalować aplikacje maszyn wirtualnych w pionie, zwiększając ich alokację procesora i pamięci za pomocą oprogramowania do wirtualizacji.
• Dostęp na poziomie sprzętu: Maszyny wirtualne doskonale nadają się również do zastosowań wymagających dużej ilości zasobów lub wymagających bezpośredniego dostępu do procesora lub określonych konfiguracji sprzętowych.
• Starsze aplikacje: Niektóre aplikacje są zależne od określonych bibliotek lub zasobów systemu operacyjnego. Dlatego najlepiej wykonywać je w dokładnie takim środowisku, jakiego potrzebują.

Lista narzędzi do maszyn wirtualnych i konteneryzacji

Istnieje wiele narzędzi i rozwiązań do tworzenia maszyn wirtualnych i kontenerów oraz zarządzania nimi. Oto krótka lista najpopularniejszych.

• Oracle VirtualBox: Darmowy menedżer maszyn wirtualnych o otwartym kodzie źródłowym
• Doker: Tworzenie i zarządzanie kontenerami typu open source
• Kubernetes: System orkiestracji kontenerów typu open source
• Kontenerowe: Środowisko wykonawcze kontenera dla zaawansowanych użytkowników
• VMware Workstation: Uruchamiaj maszyny wirtualne w systemach Linux i Windows
• Microsoft Hyper-V: Uruchom maszyny wirtualne w systemie Windows
• Otwarta zmiana RedHata: Platforma wirtualizacji i zarządzania chmurą klasy korporacyjnej
• Koczownik: Do zarządzania orkiestracją
• Mezo Apacze: Menedżer klastra typu open source
• farmer: Do zarządzania wieloma klastrami Kubernetes
• Google Cloud: Silnik Kubernetes firmy Google
• AWS: Usługi internetowe Amazon, w tym usługi bezserwerowe Fargate menadżer kontenerów

Najczęściej zadawane pytania

Oto kilka często zadawanych pytań dotyczących maszyn wirtualnych w chmurze i aplikacji kontenerowych.

Wniosek

Dotarliśmy do końca porównania maszyn wirtualnych i kontenerów w chmurze. Jak widać, obie technologie są cenne przy wdrażaniu aplikacji w chmurze i zarządzaniu nimi.

Wybór między nimi będzie jednak zawsze zależał od Twoich potrzeb. W dowolnym momencie możesz lepiej wykorzystać maszynę wirtualną, metodę konteneryzacji lub jedno i drugie.